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关于坝基砂卵石地层灌浆施工几个问题的探讨
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[ 作者： | 转贴自： | 点击数：180 | 更新时间：2009-01-12 17:22:03 | 文章录入：admin ]
摘要：对近年来坝基砂卵石层灌浆工程施工中存在的问题和解决的方法进行了阐述，并对普遍存在的几个主要环节和问题进行了探讨，提出了建议。
１、前言
近年来，国家对大批上世纪５０～６０年代修建的病险水库进行除险加固，这批水库大多为群众运动时土法上马修建，属“三边”工程，受历史条件限制，对坝基砂卵石层清理不彻底或未进行清理，一是形成了水库增大漏水量；二是渗漏易于使坝体土掏空。产生渗漏破坏对水库的正常运行形成严重威胁。对坝基砂卵石层进行帷幕灌浆处理，是除险加固工程的一项重要内容。虽然国内也有砂卵石层灌浆的经验，但国家尚未有坝基砂卵石层灌浆规范。给设计、施工带来了许多问题。
本人根据在陕西省凤翔县白荻沟水库坝基砂卵石层灌浆实践和多年从事大坝灌浆工程施工、监理经验，对砂卵石层灌浆施工提出个人浅显的看法，以供探讨。
２、防渗标准
目前水库除险加固工程，运行年代大多在３０～４０年，经长年的自然淤积，其淤积厚度往往达十米，甚至十多米。淤积层的本身就是一种水平铺盖，有一定的防渗作用。尤其在坝前，淤积颗粒较细、渗漏系数Ｋ值达到１０－３～１０－４ｃｍ/ｓ数量级，防渗作用较好。在有些水库中，虽然坝基砂卵石层透水性较强，但也未出现问题。在对砂卵石灌浆防渗设计中，应适当考虑淤积层的防渗作用，对淤积层较厚的水库经计算后，可不采取防渗措施或采用局部水平铺包，而对有些淤积防渗性能较差或厚度不能完全达到卵石层高度的工程，一般采用垂直防渗，而灌浆就是最常见的一种方式。对中小型工程其设计防渗标准可适当放宽，建议标准为５～８Ｌｕ，甚至更大；这样便于施工、节约投资、亦可达到防渗之目的。
３、先导孔施工问题
一般要求每单元设一先导孔，以校核和补充勘探资料。坝基岩石灌浆规范中对先导孔施工，要取岩石和分段进行压水试验，分段灌浆。有的地方依此认为先导孔必须自上而下取岩心和分段做压水试验。不许中途灌浆，担心灌浆会影响下部水文资料的真实性的可靠性。笔者认为：先导孔也是灌浆孔，首先要保证先导孔能安全施工，在施工过程中遇到地层坍塌，掉块等情况时可在取得该段水文资料后，进行灌浆，以保证孔内安全。
４、钻孔
４．１钻孔孔径
砂卵石坝基帷幕灌浆，上部均覆盖有坝体填土，下部砂卵石厚度如果较厚，开孔口径可适当大些如１１０ｍｍ，钻进砂卵石时，可用９１ｍｍ和７５ｍｍ，这可为处理孔内事故留有技术孔径，如砂卵石厚度不大，可以９１ｍｍ开孔，７５ｍｍ终孔。
４．２关于套管的使用与选取
施工中，在坝体填土的非灌段均要下入一定数量的套管，全孔灌浆结束需全部提拔。在实际施工中，下入孔内的套管因浆液上串、扩散、凝固，起拔套管难于实施。往往采取割、反套管方法，但大部分套管仍无法起拔。而套管钢材大部为Ｄ３５、Ｄ４０钢材，价格昂贵，每米成本在８０元左右。根据本人施工实践，参照国外经验，建议对套管工艺进行改进。首先，用工程塑料取代地质管材，如下入优质ＰＶＣ管材，这既可满足施工工艺要求，又使得成本大大降低。每米Ф１１０优质ＰＶＣ管材成本仅１０元左右。其次，套管在灌浆结束后，保留下来，不起拔，还有如下作用：
（１）如果经检查，个别单元需补灌，可利用原孔继续注浆，以减少土层钻进的工程量。
（２）若干年后，如防渗帷幕发生问题，需要处理，原孔仍可利用。
（３）保留套管的灌浆孔可作为大坝渗流或水位观测，长期使用。节省部分渗流观测和水位观测网的费用。
经过多年运行，大坝坝体沉降趋于稳定，保留套管，不会对坝体稳定、渗流安全诸方面产生不良影响。法国水利专家戴维斯·莫勒先生介绍，国外对此方法已普遍采用，证明是可行的。但要强调，如不提拔套管则必须对孔口进行保护性处理，确保钻孔的安全和可继续使用。
５、灌浆问题
５．１灌浆前钻孔冲洗
砂卵石地层，本身有一定的孔隙度，地层中充填物同时起到稳定地层的作用。如果冲洗钻孔（尤其是清水冲洗）易使地层塌陷，钻孔坍塌，不利灌浆施工。另外，砂卵石地层灌浆一般为水泥＋粘土的混合浆液，泥浆钻进时残留在孔内的粘土浆液，一般不会和灌浆介质发生离析，在一定的压力和流速搅动下，会和浆液混合、凝结，形成帷幕，不必进行钻孔冲洗。为防止孔内泥砂、沉淀密度过大阻碍浆液的充填，可在钻至段底后，用较稀的新浆，将孔内浆液置换出来，并使孔内沉积岩屑呈悬浮状态，以保证灌浆时混合浆液的充分混合扩散。
５．２灌浆压力的确定
灌浆压力是保证帷幕质量的重要保证。压力的确定应遵循以下原则：
（１）保证一定浓度的浆液有适当的扩散范围及帷幕的设计厚度。
（２）使地层不发生压裂，坝体不被抬动破坏。
（３）在形成可靠的帷幕的同时，使浆液扩散要控制在一定的范围。
砂卵石层，因其孔隙大都相互贯通，不能形成密闭的空腔，使较大压力无法建立，不能简单地套用坝基岩石灌浆的方法。根据地层平衡的理论，灌浆最大压力为地层压裂的临界压力值，可用下式表示
Ｐ＝Ｋ、Ｈ、γ
式中Ｐ——灌浆最大压力；
Ｋ——岩石的内聚力；
Ｈ——地层厚度（即孔口至受灌段距离）；
γ——地层密度。
也可用水头来控制，即灌浆压力为坝前最大水头压力的１．５～２．０倍。施工时可采用分排分序定压力，如三排孔时，Ⅰ序排（下游排），压力可取小值；Ⅱ序排（上游排）可适当增加，中间排施工时，因上、下游已形成帷幕边界，可以增大压力。
压力过大，浆液扩散范围过大，不符合经济灌浆的要求，造成不必要的浪费，甚至给工程造成严重危害。
５．３浆液浓度和浆液变换
坝基岩石灌浆中推荐７个比级，即５：１、３：１、２：１、１：１、０．８：１、０．６：１、０．５：１就砂卵石层灌浆而言，应进行适当调整、简化。１：１、０．８、０．６即可，这主要基于两个方面考虑，其一，砂卵石地层孔隙率大，透水性能良好，过稀的浆液扩散过大，造成浪费，且灌浆难以结束，其二，砂卵石灌浆浆液均为水泥＋粘土＋添加剂的混合浆液。经现场试验０．６：１掺土量为５０％的浆液，其稠度过大，难以泵送。如加入速凝剂，其流动性能更差，现场根本无法进行施工，而一定浓度浆液所形成的帷幕强度和其耐久性会更好一些。
ＳＬ６２／９４及ＤＬ/５１４８／２００１水工建筑物水泥灌浆施工技术规范有关浆液变换有３条原则，砂卵石层灌浆因其孔隙大，吃浆量大，单耗往往数百公斤甚至１ｔ以上。开灌时如按规范６．５、６．２条执行，则一个比级灌注仅几分钟，注入灰量仅几十公斤，这对５ｍ长灌段，每米仅十几～二十几公斤，几个比级累计，单耗亦不到１００ｋｇ。对初次充填地层孔隙，意义不大。一般来说，如地层孔隙大，初次灌浆应充填受灌浆范围孔隙１/２～２/３，那么在一次或两次续灌后，即可结束该段。所以对此要根据灌浆试验情况确定浆液变换，第一次灌浆，几个比级相加水泥单耗量应在试验值单耗１/２～２/３之间，即每个比级不能局限于３００Ｌ和３０Ｌ/ｍｉｎ，这样才能尽快地达到设计压力和尽快结束。
５．４速凝剂的选择
灌浆施工中，一般砂卵石层吃浆较大，故要求灌浆时多间歇、待凝、复灌、掺入适量的速凝剂，如水玻璃、氯化钙等。待凝时间（２～６ｈ）根据具体情况而选择，如注入量６０Ｌ/ｍｉｎ以上且不起压，可待凝５～６ｈ，如在２０Ｌ/ｍｉｎ左右，且有一定压力，可缩短至２～２．５ｈ。
６、关于检查孔的施工
６．１检查孔施工时间
混合浆液掺入一定比例的粘土，粘土的吸附水分子的能力很强，而释放水时比较缓慢，尤其在饱水情况下，水泥、粘土浆液形成结石比较缓慢，经我们现场试验，掺入５０％粘土的浆液，比纯水泥液终凝时间要延长５～８倍。因此，检查孔应该在该单元完成１个半月至２个月后施工，这样结石才有一定的强度和不易被扰动破坏，能真实反映出其透水性。
６．２关于检查方法
砂卵石层灌浆施工方法和坝基岩石灌浆有着极大的区别，不能简单套用ＳＬ６２／９４或ＤＬ/Ｔ、５１４８／２００１水工建筑物水泥灌浆施工技术规范中的检查方法，可采用注水试验方法来判定帷幕透水性。
综上所提出的几个问题，供从事水利事业的同仁们共同探讨，以使坝基砂卵石灌浆施工水平有所提高。并期待有关规范能够早日制定。